DE4125212A1

DE4125212A1 - Verfahren zum herstellen einer ferritischen legierung mit einer verschleissbestaendigen aluminiumoxid-oberflaechenschicht

Info

Publication number: DE4125212A1
Application number: DE4125212A
Authority: DE
Inventors: Junji Imai; Shuji Yamada; Tadashi Hamada; Hajime Kojima; Masao Tanahashi
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-07-31
Filing date: 1991-07-30
Publication date: 1992-03-19
Anticipated expiration: 2011-07-31
Also published as: GB2247249A; DE4125212C2; GB2247249B; GB9116479D0; US5156805A

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zum Herstel len einer ferritischen Legierung gerichtet, die an ihrer Oberfläche mit einer Oxid-Oberflächenschicht aus Aluminium oxid ausgebildet ist, die eine verbesserte Verschleißbestän digkeit und mechanische Festigkeit aufweist.

Keramische Stoffe oder Legierungen wurden in der Technik zur Bildung von Schneidwerkzeugen und mechanischer Elemente, wie Zahnräder und Achsen, verwendet, die eine erhöhte Ver schleißbeständigkeit erfordern. Keramische Stoffe liefern bekanntlich eine erhöhte Verschleißbeständigkeit oder Ober flächenhärte, die so hoch ist wie 2000 Hv, leiden aber unter dem inhärenten Nachteil unzureichender Zähigkeit, was zu Risse- oder Bruchbildung führt. Andererseits sind Legierun gen bekannt, die eine ausreichende Zähigkeit aufweisen, aber nur eine geringe Oberflächenhärte ergeben, die so niedrig wie 1100 Hv ist. Dementsprechend wurde vorgeschlagen, auf der Legierungsoberfläche eine zusätzliche Schicht mit über legener Verschleißbeständigkeit vorzusehen, beispielsweise eine TiN- oder ZrN-Schicht, und zwar durch Aufsprühungs oder chemische Aufdampfungs-(CVD-)Techniken. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß eine solche zusätzliche Schicht eine ziemlich geringe Haftfähigkeit auf der Grundlegierung aufweist, zusätzlich dazu, daß es schwierig ist, sie mit ausreichender Dicke auszubilden, was in der Praxis zu einer schlechten Leistung führt.

Um die obigen Nachteile zu überwinden, hat die jüngere Tech nologie heißoxidierungsbeständige Legierungen vorgeschlagen, die an ihrer Oberfläche eine Aluminiumoxid-Oberflächen schicht unter heißen Oxidationsatmosphären bildet. Bei spielsweise offenbart die ältere deutsche Patentanmeldung P 40 35 114.9 ferritische Legierungen, die imstande sind, in ihrer Oberfläche eine Aluminiumoxid-Oberflächenschicht zu bilden, d. h. eine Aluminiumoxid-Oberflächenschicht mit ver besserter Verschleißbeständigkeit, Zähigkeit und überlegener Haftfähigkeit der Oberflächenschicht an der Matrix. Die fer ritische Legierung wird dadurch hergestellt, daß man eine flüssige Legierungszusammensetzung in eine Form gießt, um einen Barren zu erhalten, der nachfolgend zu der gewünschten Form spanend bearbeitet wird. Dann wird das resultierende Erzeugnis in einer oxidierenden Atmosphäre erhitzt, um auf seiner Oberfläche die Aluminiumoxid-Oberflächenschicht zu bilden. Bei diesem Verfahren ist es schwierig, nicht nur dem Erzeugnis eine komplizierte Form mitzuteilen, sondern auch eine erhöhte Dicke der Aluminiumoxid-Oberflächenschicht zu erhalten, und zwar infolge der Tatsache, daß die Oxidation im wesentlichen auf den hauttiefen Bereich in der Oberfläche des Legierungsprodukts begrenzt ist. In anderen Worten, wegen der dichten Oberflächenstruktur des gegossenen Pro dukts wird das oxidierende Gas lediglich der Oberfläche des Produktes zugeführt, so daß die Oxidierung in die Alumini umoxid-Oberflächenschicht bald im hauttiefen Bereich gesät tigt ist, so daß eine weitere Bildung der Aluminiumoxid- Oberflächenschicht im Tiefenbereich verhindert wird. Da fer ner die Dicke der Aluminiumoxid-Oberflächenschicht im we sentlichen nur von dem Zustand heißer Korrosion oder Oxidie rung abhängt, besteht wenig Flexibilität bei der Kontrolle der Dicke der Aluminiumoxid-Oberflächenschicht.

Die obigen Nachteile und Unzulänglichkeiten wurden bei der vorliegenden Erfindung ausgeräumt, die ein verbessertes Ver fahren zur Herstellung einer ferritischen Legierung mit einer verschleißbeständigen Aluminiumoxid-Oberflächenschicht vorsieht. Das verbesserte Verfahren in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung weist die Schritte auf, ein fer ritisches Legierungspulver, das Aluminium enthält, zu einem Pulverpreßling mit einer gewünschten Ausbildung zu pressen, den Pulverpreßling in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre zu sintern, um das resultierende gesinterte Produkt vorzusehen, und das gesinterte Produkt in einer oxidierenden Gasatmo sphäre wärmezubehandeln, um das Aluminiumoxid in der Ober fläche in Form einer Aluminiumoxid-Oberflächenschicht als verschleißbeständige Oxid-Oberflächenschicht auszufällen. Da das gesinterte Erzeugnis eine poröse Struktur aufweist, ist es dem oxidierenden Gas gestattet, tief in das Produkt ein zudringen, um hierbei die Oxidierung der Produktoberfläche zu der Aluminiumoxid-Oberflächenschicht mit einer erhöhten Tiefe oder Dicke zu erleichtern. In diesem Zusammenhang kann die Oxidationstiefe zusätzlich zu den Oxidationsparametern von Temperatur und Zeit durch die Dichte des gesinterten Produkts gesteuert werden, die beim Schritt der Formung des Pulverpreßlings mühelos erhalten wird. Ferner weist die re sultierende Aluminiumoxid-Oberflächenschicht eine verbes serte Schicht-Haftfähigkeit auf, die sich aus der ferriti schen Struktur der Legierung ergibt.

Es ist dementsprechend ein Hauptziel der vorliegenden Erfin dung, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer ferri tischen Legierung vorzusehen, die eine verschleißbeständige Aluminiumoxid-Oberflächenschicht aufweist, und das dazu im stande ist, die Aluminiumoxid-Oberflächenschicht mit einer erhöhten Dicke zu bilden und die Dicke mühelos zu kontrol lieren, wobei sogar noch eine verbesserte Verschleißbestän digkeit und Haftfähigkeit der Oberflächenschicht hergestellt sein sollen.

Obwohl eine Fe-Cr-Al-Legierung verwendet werden kann, wo eine verhältnismäßig geringere Oberflächenhärte von etwa 200 Hv erforderlich ist, ist eine Fe-Cr-Ni-Al-Legierung bevor zugt, um eine überlegene Oberflächenhärte zu erzielen, die so hoch wie 300 Hv oder höher ist, wobei diese Legierung im wesentlichen aus 20 bis 35 Gew.-% Chrom, 2 bis 25 Gew.-% Nickel, 2 bis 8 Gew.-% Aluminium, 0,5 Gew.-% oder weniger an Titan, 0,5 bis 1,0 Gew.-% von mindestens einem Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Zirkon, Yttrium, Haf nium, Cer, Lanthan, Neodym, Gadolinium besteht, sowie dem Rest Eisen besteht. Das entsprechende Legierungspulver, das entweder durch Zerstäuben oder durch Mahlen erhalten werden kann, wird mit einem organischen Bindemittel versetzt und durch Druckgießen bzw. Einspritzformen oder eine isostati sche Preßtechnik zu einem Pulverpreßling gepreßt, der in der gewünschten Ausbildung der endgültigen Form so nahe wie mög lich kommt, was ein Mindestmaß an sekundärer Nachbearbeitung erfordert. Das organische Bindemittel umfaßt beispielsweise Polyvinylalkohol und Ethylenglykol. Der Verdichtungsdruck liegt bevorzugt über 400 MPa (Megapascal), um einen präzisen Pulverpreßling zu liefern.

Der Pulverpreßling wird in einer nicht-oxidierenden Atmo sphäre bis auf einen Temperaturbereich von 1250 bis 1400°C erwärmt, vorzugsweise von 1300 bis 1400°C, innerhalb dessen der Pulverpreßling gesintert werden kann, ohne daß man irgendeine wesentliche flüssige Phase beim Sintervorgang verursacht, um eine Härte zu ergeben, die so hoch liegt wie 300 Hv, sowie eine Zugfestigkeit, die so hoch wie 100 kg/mm oder höher liegt, also kräftig genug, um Maschinenelemente zu bilden. Die nicht-oxidierende Atmosphäre ist beim Sintern wesentlich, weil ansonsten kein effektiver Sintervorgang er zielt würde und das oxidierte, gesinterte Produkt unter ver ringerter Zähigkeit leiden würde. Die nicht-oxidierende Atmosphäre kann durch ein Inertgas, wie etwa Argon und He lium, verwirklicht werden, durch ein reduzierendes Gas, wie etwa Wasserstoff, oder durch Vakuum. Infolge der ferriti schen Struktur kann das so erhaltene gesinterte Produkt ohne weiteres spanend oder durch Stromentladung zu einer präzisen endgültigen Form geformt werden, bevor das Aluminiumoxid in der Oberfläche hiervon dadurch ausgefällt wird, daß man es einer heißen, oxidierenden Umgebung aussetzt. Dann wird das gesinterte Produkt auf eine Temperatur von über 1000°C in der oxidierenden Atmosphäre oder der heißen, oxidierenden Umgebung so erwärmt, daß das gesinterte Produkt die dichte Schutz-Oberflächenschicht aus Aluminiumoxid Al₂O₃ bildet, die eine starke Haftfähigkeit an ein verbleibendes Substrat oder eine Matrix sowie eine merklich verbesserte Verschleiß beständigkeit aufweist. Ferner kann die Aluminiumoxid-Ober flächenschicht in einer Dicke geformt werden, die so dick wie 10 bis 50 µm ist, und zwar bei diesem Heiß-Oxidations vorgang und infolge der inhärenten, porösen Natur des gesin terten Produkts. Das resultierende Legierungsprodukt weist deshalb eine verbesserte Verschleißbeständigkeit an der Alu miniumoxid-Oberflächenschicht auf, die stark in der Matrix verankert ist, und behält eine verbesserte Zähigkeit an der Matrix, die aus der ferritischen Struktur der Legierung her rührt.

Wegen der hervorragenden Verschleißbeständigkeit und der verbesserten mechanischen Eigenschaften kann die durch die vorliegende Erfindung erhaltene Legierung am besten als Ma terial benutzt werden, das die nachfolgend aufgelisteten Ar tikel bildet:

1) Schneidwerkzeuge für Heimgebrauch, die Klingen für Trockenrasierer umfassen; Klingen für Scheren bzw. Haarschneidemaschinen, insbesondere für den Gebrauch im Garten oder den Gebrauch an Haustieren, wo die An wesenheit von Kieselsteinen oder ähnlichen Fremdkör pern im Gras oder den Haustierhaaren wahrscheinlich ist; Klingen für Rasenmäher, Klingen für Geräte zum Verarbeiten oder Zurichten von Nahrungsmitteln, Küchenmesser, Scheren und Sägen;
2) Schneidwerkzeuge für den Industriegebrauch, die Messer für kraftgetriebene Sägen, Drehbankwerkzeuge, Gesenke und Schrauben für Kneteinrichtungen umfassen; und
3) verschleißbeständige mechanische Elemente, die Bohrer spitzen und Spannfutter für kraftgetriebene Bohrer, Zahnräder, rotierende Achsen bzw. Wellen und Lagerun gen umfassen.

In der Zeichnung ist:

Fig. 1 eine Mikrophotographie mit 700facher Vergrö ßerung der Oberflächenstruktur eines gesinterten Legierungs erzeugnisses, das im Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung erhalten wurde, mit einer Nickelplattierung, die auf einer Aluminiumoxid-Oberflächenschicht der Legierung für die leichte Beobachtung der Aluminiumoxid-Oberflächenschicht hinzugefügt wurde,

Fig. 2 eine Skizze, die schematisch die Oberflä chenstruktur des Legierungsproduktes des Beispiels 4 in Übereinstimmung mit der Mikrophotographie der Fig. 1 erläu tert, und

Fig. 3 eine Mikrophotographie mit 700facher Vergrö ßerung der inneren Struktur des gesinterten Legierungspro dukts des Beispiels 4.

Die folgenden Beispiele zeigen Vergleichsergebnisse, aber es wird darauf hingewiesen, daß diese Beispiele nur zur Erläu terung und nicht zur Einschränkung vorgelegt sind. Alle Prozentsätze beruhen auf der Gewichtsbasis.

Beispiel 1

Eine Legierung, die aus 24% Cr, 4% Ni, 3,5% Al, 0,05% Zr und dem Rest Fe bestand, wurde in einem Hochfrequenz-Induktions ofen geschmolzen, um einen Barren vorzusehen, der nachfol gend zu einem 1 mm bis 2 mm dicken Blech ausgewalzt wurde. Das Blech wurde dann in quadratische Schnipsel mit 2 bis 3 mm zerhackt, wonach deren Mahlvorgang zu einem entspre chenden ferritischen Legierungspulver folgte, das eine Par tikelgröße von 350 µm oder weniger aufwies. Das resultie rende Legierungspulver wurde mit Polyvinylalkohol (PVA) ver setzt und wurde in einen eine Zahnstange formenden Hohlraum eingefüllt und isostatisch so gepreßt, daß es einen zahn stangenförmigen Pulverpreßling bildete. Der Pulverpreßling wurde dann im Vakuum bei 10^-4 Torr bei einer Temperatur von 1250°C 5 Stunden lang gesintert, um ein gesintertes Produkt zu erhalten. Nachfolgend wurde das gesinterte Produkt bei einer Temperatur von 1150°C in atmosphärischer Umgebung 10 Stunden lang wärmebehandelt, um Aluminiumoxid (Al₂O₃) in der Oberfläche des gesinterten Produktes auszufällen, das ein Zahnstangenprodukt aus einer ferritischen Fe-Cr-Ni-Al-Legie rung mit einer grauen Oxid-Oberflächenschicht aus Alumini umoxid bildete.

Beispiel 2

Eine Legierung, die aus 30% Cr, 21% Ni, 6% Al, 0,5% Ti, 0,2% Zr und dem Rest Fe bestand, wurde in einem Hochfrequenz- Induktionsofen geschmolzen, wonach sie zu einem entsprechen den ferritischen Legierungspulver zerstäubt wurde, das eine Partikelgröße von 50 µm oder weniger aufwies. Das resultie rende Legierungspulver wurde äuf dieselbe Weise und unter denselben Bedingungen wie im Beispiel 1 verarbeitet, um ein resultierendes, gesintertes Zahnstangenprodukt aus einer ferritischen Fe-Cr-Ni-Al-Legierung mit einer Oxid-Oberflä chenschicht aus Aluminiumoxid zu bilden.

Beispiel 3

Eine Legierung, die aus 26% Cr, 21% Ni, 6,5% Al, 0,2% Zr und dem Rest Fe bestand, wurde in einem Hochfrequenz-Induktions ofen geschmolzen und nachfolgend in ein entsprechendes fer ritisches Legierungspulver zerstäubt, das eine Partikelgröße von 50 µm oder weniger aufwies. Das resultierende Legie rungspulver wurde auf dieselbe Weise wie im Beispiel 1 ver arbeitet, um einen zahnstangenförmigen Pulverpreßling zu bilden. Der Pulverpreßling wurde in einer Wasserstoffgasat mosphäre bei einer Temperatur von 1350°C 5 Stunden lang ge sintert, um ein gesintertes Erzeugnis zu erhalten, welches nachfolgend bei einer Temperatur von 1150°C in einer atmo sphärischen Umgebung 10 Stunden lang wärmebehandelt wurde, um das Aluminiumoxid in der Oberfläche hiervon auszufällen, was ein Zahnstangenerzeugnis aus einer ferritischen Fe-Cr- Ni-Al-Legierung mit einer grauen Oxid-Oberflächenschicht aus Aluminiumoxid ergab. Die resultierenden Zahnstangenerzeug nisse der Beispiele 1 bis 3 wurden hinsichtlich der Oberflä chenhärte, der Matrixhärte (Härte des inneren Abschnitts der Legierung), des Aluminiumoxid-Anteils (Gew.-%) in der oxi dierten Schicht oder Oberflächenschicht und Dicke der Alumi niumoxid-Oberflächenschicht gemessen, wobei die Ergebnisse in der Tabelle 1 aufgelistet sind. Es wurden auch die Alumi niumoxid-Oberflächenschichten der Beispiele 1 bis 3 durch ein Elektronenmikroskop beobachtet, woraus bestätigt wurde, daß das Aluminiumoxid eine nadelartige Ausbildung bildet, die in die Matrix hineinwächst, so daß sie fest hieran für eine vergrößerte Haftfähigkeit der Oberflächenschicht veran kert ist. In diesem Zusammenhäng wurde die Dicke der Alumi niumoxid-Oberflächenschicht als Maximalwert an einem Ab schnitt gemessen, der sich tief in das Legierungsprodukt hineinerstreckte. Die Tabelle 1 umfaßt auch zum Zweck des Vergleichs die entsprechenden Daten für ein Sinter-Carbider zeugnis (das gemäß der japanischen Industrienorm als SKH-5 klassifiziert ist) sowie auch eine Aluminiumoxid-Keramik. Anhand der Tabelle 1 wird ohne weiteres bestätigt, daß die Beispiele 1 bis 3 die Aluminiumoxid-Oberflächenschicht bil den können, die eine erhöhte Oberflächenhärte aufweist, die so hoch ist wie bei Aluminiumoxid-Keramik.

Beispiel 4

Eine Legierung, die aus 32% Cr, 21% Ni, 6,5% Al, 0,8% Zr und dem Rest Fe bestand, wurde in einem Hochfrequenz-Induktions ofen geschmolzen und nachfolgend zu einem entsprechenden ferritischen Legierungspulver mit einer Partikelgröße von 50 µm oder weniger zerstäubt. Das resultierende Legierungs pulver wurde mit einem PVA-Bindemittel versetzt und unter 450 MPa (Megapascal) zu einem Block-Pulverpreßling mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Länge von 10 mm gepreßt. Der Pulverpreßling wurde dann im Vakuum bei einer Temperatur von 1350°C 3 Stunden lang gesintert, um ein entsprechendes ge sintertes Produkt zu erhalten. Nachdem es in die endgültige gewünschte Form zurechtgeschliffen wurde, wurde das gesin terte Produkt in einer atmosphärischen Umgebung bei einer Temperatur von 1150°C 20 Stunden lang wärmebehandelt und nachfolgend bei einer erhöhten Temperatur von 1250°C 30 Minuten lang erwärmt, um das Aluminiumoxid in der Oberfläche des gesinterten Produkts auszufällen. Das resultierende Pro dukt wurde in der Luft mit einer Geschwindigkeit von etwa 100°C pro Sekunde abgekühlt, um ein Produkt aus einer ferri tischen Fe-Cr-Ni-Al-Legierung mit einer Oxid-Oberflächen schicht aus Aluminiumoxid zu bilden. Die Fig. 1 und 2 zeigen die Oberfläche des Legierungsproduktes in einer Mikrophoto graphie mit 700facher Vergrößerung bzw. einer entsprechenden Zeichnung hiervon, wobei eine Nickelplattierung 1 auf die Aluminiumoxid-Oberflächenschicht 2 hinzugefügt wurde, die in einer Legierungsmatrix 3 verankert ist, um ein deutliches Erkennen der Oberflächenausbildung der Aluminiumoxid-Ober flächenschicht zu liefern. Fig. 3 zeigt die innere Struktur der Legierungsmatrix 3 in einer Mikrophotographie bei 700facher Vergrößerung. In den Mikrophotographien der Fig. 1 und 3 weist die Matrix 3 nach der Darstellung kleine Hohl räume als schwarze Flecken und intermetallische Ni-Al-Ver bindungen als graue Flecken im weißen Hintergrund der ferri tischen Phase auf. Wie in den Figuren zu sehen, sind die kleinen intermetallischen Ni-Al-Verbindungen gleichmäßig in der Matrix infolge der ferritischen Struktur der Legierung verteilt, um die mechanische Festigkeit zu erhöhen, die auch die Härte und Zähigkeit umfaßt.

Beispiel 5

Ein ähnliches ferritisches Legierungserzeugnis wurde durch identische Verfahren wie beim Beispiel 4 erhalten, mit der Ausnahme, daß der Pulverpreßling mit einem Druck von 600 MPa komprimiert wurde.

Beispiel 6

Ein ferritisches Fe-Cr-Ni-Al-Legierungspulver, das im Bei spiel 1 erhalten wurde, wurde mit einem PVA-Bindemittel ver setzt und bei einem Druck von 1000 MPa zu einem blockförmi gen Pulverpreßling mit derselben Ausbildung (10 mm ⌀×10 mm) wie jener des Beispiels 4 gepreßt. Der resultierende Block wurde in einer Argon-Gasatmosphäre bei einer Tempera tur von 1300°C 5 Stunden lang gesintert, um ein gesintertes Produkt zu erhalten. Nachdem es zur gewünschten endgültigen Form geschliffen wurde, wurde das gesinterte Produkt in einem identischen Zustand wärmebehandelt wie im Beispiel 4, um ein ferritisches Produkt aus einer Fe-Cr-Ni-Al-Legierung mit einer Oxid-Oberflächenschicht aus Aluminiumoxid vorzu sehen.

Beispiel 7

Eine Legierung, die aus 35% Cr, 21% Ni, 7% Al, 0,4% Zr und dem Rest Fe bestand, wurde in einem Hochfrequenz-Induktions ofen geschmolzen und nachfolgend zu einem entsprechenden ferritischen Legierungspulver mit einer Partikelgröße von 50 µm oder weniger zerstäubt. Das resultierende Legierungs pulver wurde mit PVA-Bindemittel versetzt und unter 700 MPa zu einem blockförmigen Pulverpreßling mit derselben Ausbil dung (10 mm ⌀×10 mm) wie jene des Beispiels 4 gepreßt. Der Pulverpreßling wurde dann im Vakuum bei einer Temperatur von 1350°C 4 Stunden lang gesintert, um ein entsprechendes ge sintertes Produkt zu erhalten. Nachdem das gesinterte Pro dukt zur endgültigen Form geschliffen wurde, wurde es in einen identischen Zustand wie im Beispiel 4 wärmebehandelt, um ein Produkt aus einer ferritischen Fe-Cr-Ni-Al-Legierung mit einer Oxid-Oberflächenschicht aus Aluminiumoxid zu er zeugen.

Beispiel 8

Ein ferritisches Fe-Cr-Ni-Al-Legierungsprodukt mit einer Oxid-Oberflächenschicht aus Aluminiumoxid wurde auf identi sche Weise und unter den identischen Umständen wie im Bei spiel 7 erzeugt, mit der Ausnahme, daß der Pulverpreßling bei einem Druck von 900 MPa gepreßt und bei einer Temperatur von 1300°C gesintert wurde.

Beispiel 9

Das Legierungspulver des Beispiels 4 wurde gesiebt, um ein feines Pulver mit einer Partikelgröße von 30 µm oder weniger zu erhalten. Das so gesiebte Legierungspulver wurde mit einem organischen Binder versetzt, der hauptsächlich aus 10% Paraffinwachs und Stearinsäure zusammengesetzt war, und wurde bei einer Temperatur von 150°C zu einem Pulverpreßling der gewünschten Form spritzgeformt. Der resultierende Pul verpreßling wurde dann im Vakuum bei einer Temperatur von 40°C 50 Stunden lang erwärmt, um eine Übermenge des Binde mittels freizusetzen. Der somit von Bindemittel befreite Pulverpreßling wurde dann im Vakuum innerhalb eines Ofens bei einer Temperatur von 1350°C 3 Stunden lang gesintert und nachfolgend bei einer Temperatur von 1250°C in Anwesenheit von Sauerstoffgas erwärmt, das in den Ofen eingeleitet wurde, und zwar 30 Minuten lang, um das Aluminiumoxid in der Oberfläche des gesinterten Produkts auszufällen, so daß ein Produkt aus einer ferritischen Fe-Cr-Ni-Al-Legierung mit einer Oxid-Oberflächenschicht aus Aluminiumoxid erhalten wurde.

Beispiel 10

Ein spritzgeformter Pulverpreßling, der auf identische Weise wie im Beispiel 9 erhalten wurde, wurde in einer Argon- Gasatmosphäre bei einer Temperatur von 500°C 50 Stunden lang von Bindemittel freigesetzt. Der vom Bindemittel befreite Preßling wurde in einer Argon-Gasatmosphäre innerhalb eines Ofens bei einer Temperatur von 1350°C 3 Stunden lang gesin tert und nachfolgend bei einer Temperatur von 1250°C 30 Mi nuten in Anwesenheit von Sauerstoffgas erwärmt, das in den Ofen eingeleitet wurde, wodurch das Aluminiumoxid in der Oberfläche der Legierung ausgefällt wurde und ein Produkt aus ferritischer Fe-Cr-Ni-Al-Legierung mit einer Oxid-Ober flächenschicht aus Aluminiumoxid gebildet wurde.

Beispiel 11

Das Legierungspulver, das im Beispiel 7 erhalten wurde, wurde zu einem feinen Pulver gesiebt, das eine Partikelgröße von 30 µm oder weniger aufwies. Das feine Pulver wurde auf identische Weise und unter den identischen Umständen wie im Beispiel 9 komprimiert und gesintert, um ein gesintertes Fe- Cr-Ni-Al-Produkt mit einer Aluminiumoxid-Oberflächenschicht zu erzeugen.

Beispiel 12

Ein Produkt aus ferritischer Fe-Cr-Ni-Al-Legierung wurde auf identische Weise und unter identischen Umständen wie im Bei spiel 4 erhalten, mit der Ausnahme, daß der Sintervorgang bei der gesenkten Temperatur von 1200°C durchgeführt wurde.

Beispiel 13

Ein Produkt aus ferritischer Fe-Cr-Ni-Al-Legierung wurde auf identische Weise und unter identischen Umständen wie im Bei spiel 6 erhalten, mit der Ausnahme, daß der Pulverpreßling bei einen verringerten Druck von 350 MPa gepreßt wurde.

Die Legierungsprodukte der Beispiele 4 bis 13 wurden hin sichtlich der Eigenschaften der Aluminiumoxid-Oberflächen schicht, der Matrixhärte, der Abmessungsgenauigkeit und der Oberflächenschichtdicke bewertet, und die Ergebnisse sind in Tabelle 2 aufgelistet. Die Eigenschaft der Aluminiumoxid- Oberflächenschicht wird als gut bewertet, wenn die Alumini umoxid-Oberflächenschicht über die gesamte Oberfläche der Legierung festgehalten ist, ohne nach einem Wärmeschock ab zublättern, der bei der Luftkühlung hiervon erfahren wird, und gleichzeitig behält die Aluminiumoxid-Oberflächenschicht eine Mindestdicke von 2 bis 3 µm. Die Abmessungsgenauigkeit wird als gut bewertet, wenn das endgültige Legierungserzeug nis 5% Toleranz oder weniger gegenüber dem geschliffenen und gesinterten Produkt aufweist. Die Dicke der Aluminiumoxid- Oberflächenschicht wurde an einem Abschnitt, der sich tief in das Legierungsprodukt hineinerstreckt, als Maximalwert gemessen. Obwohl in Tabelle 2 nicht aufgelistet, weisen die Legierungsprodukte der Beispiele 4 bis 13 eine überlegene Oberflächenhärte von 2000 Hv oder mehr auf. Wie aus Tabelle 2 erkennbar ist, ist die Matrixhärte des Beispiels 12 auf 400 Hv verringert, was nicht ausreichend sein kann, wenn sie zu einem Schneidwerkzeug oder einem ähnlichen Teil geformt werden soll, das eine verhältnismäßig hohe mechanische Fe stigkeit erfordert. Es weist Beispiel 13 auch eine schlechte Oberflächenschichteigenschaft mit einer Anzahl kleiner Ab blätterungen, verringerter Matrixhärte und eine unannehmbare Abmessungsgenauigkeit von mehr als 5% Toleranz auf. Deshalb wird es in den meisten Fällen bevorzugt, das Legierungspul ver zum Pulverpreßling bei einem hinlänglich hohen Druck zu pressen und auch den Sintervorgang bei einer erhöhten Tempe ratur von 1300 bis 1400°C für die ferritische Legierung durchzuführen, um die überlegenen Eigenschaften zu erhalten, die in dem Legierungsprodukt gefordert sind, das zur Bildung eines Schneidwerkzeuges, eines mechanischen Elements oder dergleichen benutzt wird.

Eine ferritische Legierung mit einer verschleißbeständigen Oxid-Oberflächenschicht wird durch die Schritte erhalten, ein ferritisches, aluminiumhaltiges Legierungspulver zu einem Pulverpreßling mit einer gewünschten Formgebung zu pressen, den Pulverpreßling in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre zu sintern, um ein resultierendes gesintertes Produkt vorzusehen, und das gesinterte Produkt in einer oxi dierenden Gasatmosphäre wärmezubehandeln, um in dessen Ober fläche Aluminiumoxid in Form einer Aluminiumoxid-Oberflä chenschicht als die verschleißbeständige Oxid-Oberflächen schicht auszufällen, die für die verbesserte Oberflächen härte oder Verschleißbeständigkeit verantwortlich ist. In folge der dem gesinterten Produkt inhärenten porösen Natur kann das oxidierende Gas ohne weiteres tief in die Oberflä che des gesinterten Produkts eindringen, um die Oxidation der Produktoberfläche zu der Aluminiumoxid-Oberflächen schicht zu erleichtern, zusätzlich dazu kann die Oxidie rungstiefe kontrolliert werden, etwa durch die Dichte des Produkts, was es möglich macht, ohne weiteres die Dicke der Aluminiumoxid-Oberflächenschicht zu steuern. Die resultie rende Aluminiumoxid-Oberflächenschicht weist infolge der ferritischen Struktur der Legierung eine verbesserte Ober flächenschicht-Anhaftung auf.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer ferritischen Legierung, die in ihrer Oberfläche eine verschleißbeständige Oxid-Ober flächenschicht aufweist, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

- Pressen eines ferritischen, aluminiumhaltigen Legierungs pulvers zu einem Pulverpreßling mit einer gewünschten Form gebung,
- Sintern des Pulverpreßlings in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre, um ein resultierendes gesintertes Erzeugnis vor zusehen, und
- Wärmebehandeln des gesinterten Erzeugnisses in einer oxi dierenden Gasatmosphäre, um das Aluminiumoxid in der Ober fläche des gesinterten Produkts in Form einer Aluminiumoxid- Oberflächenschicht als die genannte verschleißbeständige Oxid-Oberflächenschicht auszufällen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß das Legierungspulver im wesentlichen, in Gew.-% angegeben, aus 20 bis 35% Chrom, 2 bis 25% Nickel, 2 bis 8% Aluminium, 0,5% oder weniger Titan, 0,5 bis 1% min destens eines Elements, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Zirkon, Yttrium, Hafnium, Cer, Lanthan, Neodym und Gadolinium besteht, und im Rest aus Eisen besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß der Pulverpreßling bei einer Temperatur von 1300 bis 1400°C in der nicht-oxidierenden At mosphäre gesintert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die nicht-oxidierende Atmo sphäre eine Inertgasatmosphäre ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die nicht-oxidierende Atmo sphäre eine reduzierende Gasatmosphäre ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die nicht-oxidierende Atmo sphäre eine Vakuumatmosphäre ist.